JP3676960B2

JP3676960B2 - クランクピンの軸受け

Info

Publication number: JP3676960B2
Application number: JP2000024144A
Authority: JP
Inventors: 大資古石; 長幸佐藤; 純一佐藤; 藤一郎今井; 秀明永澤; 康雄皿井
Original assignee: Niigata Power Systems Co Ltd
Current assignee: Niigata Power Systems Co Ltd
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: JP2001214922A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクピンからピストンにかけて潤滑油供給経路が形成された往復動機関において、クランクピンと連接棒大端部の間に設ける軸受けに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は連接棒１の小端部３が連結されたピストン４を示す。図６は、大端部２付近の構造を模式的に示す断面図である。
【０００３】
往復動内燃機関においては、ピストン４及びこれに連結された連接棒１の慣性力により、図６に示すクランクピン５の慣性力側Ａに大きな荷重が加わる。通常、この部分に相当する連接棒の大端部２の下側の軸受Ｂ（以下、下軸受けと呼ぶ）には、潤滑油をクランクピン５から連接棒１に通油するための油溝Ｃが設けてある。油溝Ｃは、慣性力側Ａに相対する燃焼圧力側Ｆを除き、下軸受けＢの内周面に周状に連続して形成されている。
【０００４】
クランクピン５には通油穴６が形成されている。この通油穴６は、クランクピン５の中心に軸方向に形成されるとともに、径方向に連続して形成されて回転方向に１８０°離れた位置に開口している。このクランクピン５の通油穴６から供給された潤滑油は、クランクピン５と軸受けＢの間に油膜Ｅ１を形成する。この潤滑油は、軸受けＢに形成された油穴７を経て軸受けＢと大端部２の間の通油溝Ｅ２に入る。そして、この潤滑油は、連接棒１の通油穴８を経てピストン４側に供給される。即ち、図５に示すように、潤滑油はピストンピン９と小端部３の間にあるピストンピンメタル１０を経てピストン４のオイルギャラリー１１に供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この下軸受けＢが上記慣性力によりクランクピン慣性力Ａ側に強く押しつけられると、次第に下軸受けＢの溝の形がクランクピン慣性力Ａ側に転写され、数十μｍｍ〜数百μｍｍの凸カム状摩耗Ｄ（以下、カムウエアーと称す）を生じる。
【０００６】
このカムウエアーＤが油膜Ｅ１の厚さ（通常数μｍｍ）より大きく成長すると、クランクピン５と下軸受けＢ間の油膜Ｅ１を破壊し、クランク軸の回転により油溝の設けられていない大端部２の上側軸受Ｈ（以下、上軸受けと呼ぶ）の燃焼圧力側Ｆに帯状の擦過痕Ｇを生じさせ、上軸受けＨの損傷、あるいはクランクピン５の焼損、折損などの重大事故を引き起こす危険性が大きくなる。
【０００７】
そこで本発明者等は、前述したカムウエアーＤの発生を防止するために、前記下軸受けＢの油溝Ｃの内、クランクピン５の慣性力Ａ側に対応する一部を埋めることを案出した。しかしながら、このようにすると、クランクピン５の表面に周方向に１８０°の間隔で開口している両方の通油穴６が、下軸受けＢと上軸受けＨによって同時に閉止されるクランク角度が発生する。機関が駆動すると、このクランクピン５の通油穴６が周期的に開閉することとなり、これによって潤滑油系の急激で周期的な圧力の上昇と下降（以下脈動と称する）が発生する。この脈動が潤滑油配管の振動を増大させ、また圧力降下によって潤滑油内にキャビテーションを誘発し、油溝を部分的に埋めたところと残された油溝との間の油溝きりあがり部分等に侵食を発生させる要因となった。また、大端部２から小端部３への潤滑油の流れが断続的になり、途切れる時期が生じるため、ピストン４の潤滑性低下によってピストンピン軸受け１０の寿命が低下し、またピストン４のオイルギャラリー１１の冷却効果が低減してカーボン堆積１２が増大するという問題も見られた。
【０００８】
本発明は、前述したカムウエアーによる問題点を解決することを目的としており、そのためにクランクピンの慣性力側に対応する軸受けの油溝の一部を埋めても潤滑油の脈動が発生しないクランクピンの軸受けを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載されたクランクピン（５）の軸受け（２１，２２）は、ピストン（４）と、クランク軸と、ピストンに連結された小端部（３）及びクランクピンを介してクランク軸に連結された大端部（２）を備えた連接棒（１）と、連接棒の大端部の内周面に形成された大端部油溝（２０）と、連接棒の内部に形成されて大端部油溝を小端部に連通させる連接棒通油穴（８）と、クランクピンの内部に形成されて潤滑油の吐出口が外周面に開口したピン通油穴（６）とを有する往復動内燃機関に適用され、連接棒の大端部の内周面と前記大端部に挿入されるクランクピンの外周面との間に設けられ、その内周面の一部に周方向に沿う軸受け油溝が形成された軸受けであって、駆動時に連接棒の慣性力がクランクピンを介して作用する前記軸受けの内周面の下部に、前記軸受け油溝の未形成領域（２４）を設け、前記未形成領域には、連接棒の大端部油溝と前記クランクピンのピン通油穴とを連通させる少なくとも１本の第１油穴（２６）を貫通して形成したクランクピンの軸受けにおいて、前記未形成領域に形成された第１油穴の位置と個数が、クランクピンのピン通油穴が軸受けの内周面によって閉止されるクランク角度が発生しないように選定されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載されたクランクピン（５）の軸受けは、請求項１記載のクランクピンの軸受けにおいて、前記軸受け油溝（２３）が、前記軸受け油溝の未形成領域（２４）と該未形成領域に相対する第２の未形成領域（２５）の間の２つの領域に形成されており、連接棒の大端部油溝に連通する第２油穴（２７）をこの軸受け油溝の底に貫通して形成したことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図１〜図４を参照して説明する。
本例は、往復動内燃機関の連接棒１の大端部２とクランクピン５の間に設ける軸受けに関する。この往復動内燃機関は、ピストン４と、クランク軸と、ピストン４とクランク軸を連結する連接棒１を有している。連接棒１は、ピストン４に小端部３で連結され、大端部２でクランクピン５を介してクランク軸に連結される。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態における連接棒１の大端部２付近の構造を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、連接棒１の大端部２の内周面には大端部油溝２０が形成されている。大端部油溝２０は、小端部３側の上部を除いて周方向に沿って連続して形成されている。また連接棒１の内部には、大端部油溝２０と小端部３を連通する連接棒通油穴８が形成されている。
【００１５】
大端部２に連結されるクランクピン５の内部にはピン通油穴６が形成されている。ピン通油穴６は吐出口で外周面に開口している。
【００１６】
連接棒１の大端部２の内周面と、大端部２に挿入されるクランクピン５の外周面との間には、軸受けが設けられている。この軸受けは上下に２分割されており、それぞれ上軸受け２１及び下軸受け２２と呼ばれる。軸受けの内周面の一部には周方向に沿って軸受け油溝２３が形成されている。従来の軸受け油溝Ｃは周方向に連続していたが、本例では前述したようにカムウエアー発生を防止するために、従来の軸受け油溝Ｃの内、クランクピン５の慣性力Ａ側に対応する一部を埋めて軸受け油溝２３の未形成領域２４としてある。よって、本例の軸受け油溝２３は、軸受け油溝２３の未形成領域２４と該未形成領域２４に相対する第２の未形成領域２５の間の２つの部分に分かれて形成されている。
【００１７】
前記未形成領域２４には、連接棒１の大端部油溝２０とクランクピン５のピン通油穴６とを連通させる少なくとも１本（本例では図示のように３本）の第１油穴２６が貫通して形成されている。第１油穴２６の位置と個数は、クランクピン５のピン通油穴６が軸受け２１，２２の内周面によって閉止されるクランク角度が発生しないように選定されている。
【００１８】
また、軸受け油溝２３には、連接棒１の大端部油溝２０に連通する第２油穴２７が軸受け油溝２３の底を貫通して形成されている。
【００１９】
図２は、本例の往復動内燃機関における潤滑油供給系の系統図である。潤滑油サンプタンク３０の潤滑油はポンプ３１から吐出され、クーラ３２、温調弁３３、調圧弁３４を経て機関本体３５の主管３６に入る。
【００２０】
所定の油圧で主管３６に供給された潤滑油は、クランクピン５のピン通油穴６に供給され、図１に示すように軸受け２１，２２とクランクピン５の間に油膜２８を作る。さらに第１及び第２油穴２６，２７を通過して大端部油溝２０に入り、連接棒通油穴８から小端部３に送られる。
【００２１】
本例の構造によれば、クランクピン５のピン通油穴６が間欠的に開閉されることがなくなり、常にピストン４に潤滑油が安定して供給される状態を保つことができる。よって、潤滑油に急激な圧力低下が発生しなくなり、これによってキャビテーションの発生が抑制され、これによる侵食が解消される。
【００２２】
本例による効果を確認するため、本例の往復動内燃機関を駆動して潤滑油供給系を作動させ、要所に設置した圧力センサで潤滑油の圧力変動の状態を計測した。比較のため、軸受け以外は本例と同一の機関において、本例と同一の油圧、温度等の条件下、同一の測定位置で潤滑油圧を測定した。測定位置は、図２においてＰ１で示す機関入口側、Ｐ２で示す主管中央、Ｐ３で示す主管出口側である。表１は、本例と従来例の各測定位置・各条件での測定結果をグラフの振幅で示し、同時に本例の従来例に対する振幅の減衰率を示したものである。また、測定位置をＰ３とした場合の測定結果のグラフを図３及び図４に示す。図３は本例の結果であり、図４は従来の機関における結果である。
【００２３】
【表１】

【００２４】
これらの表及び図から分かるように、本例の機関における潤滑油圧の圧力変動の振幅は、従来に比べて６０〜７０％低減している。即ち、従来問題とされていた潤滑油の脈動が大幅に低減している。また、キャビテーションにより軸受けに発生する侵食も本例では認められなかった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、連接棒の大端部とクランクピンとの間に設けられた軸受けにおいて、連接棒の慣性力がクランクピンを介して作用する内周面の下部に油溝の未形成領域を設け、ここに内周面と外周面を連通させる第１油穴を形成したので、次のような効果が得られた。
【００２６】
即ち、従来問題とされていたカムウエアーの発生、潤滑油配管の振動、軸受けの侵食が解消され、もしくは耐久上問題ないレベルに低減した。
【００２７】
また、連接棒大端部からピストンへの通油が間断なく確保されるため、ピストンの潤滑性が向上してピストン軸受けの寿命が向上し、ピストンオイルギャラリーの冷却向上によってカーボン堆積の低減が認められた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例における連接棒大端部の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例における潤滑油供給系を示す系統図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例において潤滑油供給系の主管出口側の圧力変動を示す図である。
【図４】従来例において潤滑油供給系の主管出口側の圧力変動を示す図である。
【図５】往復動内燃機関のピストンの断面図である。
【図６】本発明者が発明した本発明に関連するクランクピンの軸受けを示す連接棒大端部の断面図である。
【符号の説明】
１…連接棒、２…大端部、３…小端部、５…クランクピン
６…クランクピン通油穴、８…連接棒の通油穴、２０…大端部油溝
２１…上軸受け、２２…下軸受け、２３…軸受け油溝
２４…油溝未形成領域、２５…第２の油溝未形成領域、２６…第１油穴
２７…第２油穴、２８…油膜

Claims

ピストンと、クランク軸と、ピストンに連結された小端部及びクランクピンを介してクランク軸に連結された大端部を備えた連接棒と、連接棒の大端部の内周面に形成された大端部油溝と、連接棒の内部に形成されて大端部油溝を小端部に連通させる連接棒通油穴と、クランクピンの内部に形成されて潤滑油の吐出口が外周面に開口したピン通油穴とを有する往復動内燃機関に適用され、
連接棒の大端部の内周面と前記大端部に挿入されるクランクピンの外周面との間に設けられ、その内周面の一部に周方向に沿う軸受け油溝が形成された軸受けであって、
駆動時に連接棒の慣性力がクランクピンを介して作用する前記軸受けの内周面の下部に、前記軸受け油溝の未形成領域を設け、
前記未形成領域には、連接棒の大端部油溝と前記クランクピンのピン通油穴とを連通させる少なくとも１本の第１油穴を貫通して形成したクランクピンの軸受けにおいて、
前記未形成領域に形成された第１油穴の位置と個数が、クランクピンのピン通油穴が軸受けの内周面によって閉止されるクランク角度が発生しないように選定されていることを特徴とするクランクピンの軸受け。
前記軸受け油溝が、前記軸受け油溝の未形成領域と該未形成領域に相対する第２の未形成領域の間の２つの領域に形成されており、連接棒の大端部油溝に連通する第２油穴をこの軸受け油溝の底に貫通して形成した請求項１記載のクランクピンの軸受け。